(57)【要約】  【課題】  粒状性が少なく、かつ違和感のある模様も発生しにくいレンズアレイを提供する。  【解決手段】  レンズアレイ３は、不規則的に配置された複数の第１のレンズ部Ｍ2・4 、Ｍ2・6と、少なくとも１つの第２のレンズ部ＭN2・4とを有する。そして、各第１のレンズ部は、規則的に配置された複数の仮想点(白丸)のうちいずれか１つを中心とする所定範囲内の位置であって、該仮想点と一対一の対応関係を有する第１の点(黒点)を中心に形成され、かつ第２のレンズ部は、該対応関係を持たない第２の点(黒点)を中心に形成されている。また、第２のレンズ部は、該所定範囲外に存在する場合もある。  【選択図】  図１
2006189676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と、少なくとも１つの第２のレンズ部とを有し、
前記各第１のレンズ部は、規則的に配置された複数の仮想点のうちいずれか１つを中心とする所定範囲内の位置であって、該仮想点と一対一の対応関係を有する第１の点を中心に形成され、
前記第２のレンズ部は、前記対応関係を持たない第２の点を中心に形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを有し、
前記各第１のレンズ部は、規則的に配置された複数の仮想点のうち１つを中心とする所定範囲内に存在する第１の点を中心に形成され、
前記第２のレンズ部は、前記所定範囲外に存在する第２の点を中心に形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
前記所定範囲は、前記第１の点を中心とする以下の半径ｒの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
ｒ≦０．３P
但し、Ｐは前記仮想点の配置ピッチである。
【請求項４】
不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを有し、
前記各第１のレンズ部は、第１の多角形状に形成され、
前記第２のレンズ部は、前記第１の多角形状とは異なる第２の多角形状を有することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項５】
前記第２のレンズ部を間に挟む２つの前記第１のレンズ部における中心間距離が、相互に隣接する２つの前記第１のレンズ部における中心間距離よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレンズアレイ。
【請求項６】
入射した光を拡散して射出する作用を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレンズアレイ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載のレンズアレイを有することを特徴とする光学機器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１つに記載のレンズアレイである焦点板と、
該焦点板からの射出光を観察者の眼に導く光学系とを有することを特徴とするカメラ。
【請求項９】
不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを有するレンズアレイの製造方法であって、
規則的に配置された複数の仮想点に基づいて、前記各第１のレンズ部の中心位置を決定する第１のステップと、
相互に隣接する２つの前記第１のレンズ部における中心間の距離又は前記各第１のレンズ部における中心から境界までの距離を求める第２のステップと、
前記距離に基づいて、前記第２のレンズ部の中心位置を決定する第３のステップとを有することを特徴とするレンズアレイの製造方法。
【請求項１０】
前記第３のステップにおいて、前記２つの第１のレンズ部における中心間距離が所定値より大きい場合に、該２つの第１のレンズ部間に配置する前記第２のレンズ部の中心位置を決定することを特徴とする請求項９に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記第３のステップにおいて、前記中心から境界までの距離が所定値より大きい前記第１のレンズ部とこれに隣接する前記第１のレンズ部との間に配置する前記第２のレンズ部の中心位置を決定することを特徴とする請求項９に記載のレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの焦点板等として用いられるレンズアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラの焦点板として、マイクロレンズを平面上に規則的に並べて構成された拡散板が用いられることがある(特許文献１参照)。このような拡散板では、マイクロレンズで集光した後の発散によるマイクロレンズのＦナンバーに相当する広がり、マイクロレンズ自身の回折による広がり、およびマイクロレンズの規則的配列に起因する回折による離散的な光量分布の総合で配光特性が決定される。
従って、このような拡散板では、撮影レンズのピントが焦点面である拡散板の表面からずれたときには像ボケとして判断でき、焦点板としての機能は十分に果たすが、ボケ像が回折パターンを伴うため、不自然な像が観察されてしまうという欠点がある。例えば、点状に光っている被写体を観察する場合は多点状の回折パターン状のボケ像が現れ、また一般の被写体を観察する場合には、回折パターンの影響で二線ボケ像が現れる。
【０００３】
マイクロレンズを平面上に規則的に並べた拡散板のボケ像をより自然なものにするための工夫として、マイクロレンズをランダム又は不規則的に配置した拡散板が提案されている(特許文献２参照)。具体的には、図７に示すように規則的に配置された仮想格子点Ｏn・ｍの各格子点を中心とした所定範囲内で、マイクロレンズの中心位置をランダムに決め、図８に示すようにランダム配置のマイクロレンズＭｎ・ｍ(図には中心位置のみ点で示す)を得る。
【特許文献１】特開平５-５３１７４号公報(段落０００２、図２３等)
【特許文献２】特許第２５０３４８５号公報(特許請求の範囲、図１〜５等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロレンズをランダムに配置する場合において、特許文献２にて提案されているようにその配置範囲を制限しても、隣接するマイクロレンズの中心間距離が大きくなる部分が発生する。この場合、像が粗い粒状性を持つように見えたり、何点かの像ムラ(翳り等)がマクロ的に繋がって模様のように見えたりしてしまう。
【０００５】
本発明は、粒状性が少なく、かつ違和感のある模様も発生しにくく、自然な像を観察できるようにしたレンズアレイを提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの観点としての本発明のレンズアレイは、不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と少なくとも１つの第２のレンズ部とを有する。そして、各第１のレンズ部は、規則的に配置された複数の仮想点のうちいずれか１つを中心とする所定範囲内の位置であって、該仮想点と一対一の対応関係を有する第１の点を中心に形成され、かつ第２のレンズ部は、該対応関係を持たない第２の点を中心に形成されている。
【０００７】
他の観点としての本発明のレンズアレイは、不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と第２のレンズ部とを有する。そして、各第１のレンズ部は、規則的に配置された複数の仮想点のうち１つを中心とする所定範囲内に存在する第１の点を中心に形成され、かつ第２のレンズ部は、該所定範囲外に存在する第２の点を中心に形成されている。
【０００８】
さらに、他の観点としての本発明のレンズアレイは、不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と第２のレンズ部とを有する。そして、各第１のレンズ部は、第１の多角形状に形成され、かつ第２のレンズ部は、該第１の多角形状とは異なる第２の多角形状を有する。
【０００９】
また、他の観点としての本発明の不規則的に配置された複数の第１のレンズ部と第２のレンズ部とを有するレンズアレイの製造方法は、規則的に配置された複数の仮想点に基づいて、各第１のレンズ部の中心位置を決定する第１のステップと、相互に隣接する２つの第１のレンズ部における中心間の距離又は各第１のレンズ部における中心から境界までの距離を求める第２のステップと、該距離に基づいて、第２のレンズ部の中心位置を決定する第３のステップとを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、規則配置された仮想点に基づいて中心位置が決められた(すなわち仮想点と一対一の対応関係を有する、仮想点を中心とした所定範囲内に中心位置が存在する、若しくは共通の多角形状に形成された)複数の不規則配置された第１のレンズ部以外の第２のレンズ部を有するレンズアレイが形成されるので、第１のレンズ部のみで構成されるレンズアレイで生じた不都合を第２のレンズ部で解消したレンズアレイを実現することができる。
【００１１】
具体的には、第１のレンズ部のみでは、粒状性が目立ったり、翳り等の像ムラが違和感のある模様となって見えたりするという欠点を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例について説明する前に、図５および図６を用いて、マイクロレンズアレイである焦点板をカメラのファインダー光学系を通して見たときの粒状性および違和感のある模様の発生原理について説明する。粒状性および違和感のある模様は、ファインダー光学系を通して見たときの焦点板の部分的な翳りが黒く粒状に或いは模様として観察されるものである。
【００１３】
図６には、規則的に配列した仮想格子点の各格子点を中心にマイクロレンズ(の中心)をランダム又は不規則的にばらつかせたマイクロレンズアレイ３０の例を示している。ここで、図７に示す仮想格子点ＯのピッチをＰ、係数をＫとするとき、各マイクロレンズの中心位置は、仮想格子点点Ｏn・ｍを中心とした半径ｒ＝Ｋ・Ｐで決まる円の範囲(所定範囲)内で、ランダム又は不規則的に配置されている。なお、係数Ｋは、０．２〜０．３を最大とする値である。すなわち、上記所定範囲は、仮想格子点を中心とした半径ｒ≦０．３Pの範囲である。
【００１４】
このようにマイクロレンズの中心位置をランダム又は不規則的にばらつかせた場合、図６に示すように、マイクロレンズ間の距離(中心間距離)は種々の値をとる。例えば、半径ｒ＝０．３Pの場合、最大で１．６Ｐ、最小では０．４Ｐとなる。
【００１５】
図５には、マイクロレンズが不規則的に配置されたマイクロレンズアレイ３０の断面形状を示す。マイクロレンズ３１と３２の中心間距離およびマイクロレンズ３３と３４の中心間距離はそれぞれ、標準的な距離（例えば、２０μｍ）であるが、マイクロレンズ３２と３３の中心間距離は該標準的な距離に比べて大きい。この場合において、着目するマイクロレンズ(ここでは、マイクロレンズ３３とする)の中心から隣接するマイクロレンズ３２との境界までの距離をＸとし、該マイクロレンズ３３の曲率半径をＲｃとするとき、境界でのマイクロレンズ３３の接線の傾きθは、
θ＝ｓｉｎ-1(Ｘ／Ｒｃ)
で表される。従って、マイクロレンズ３３の境界付近に下方から垂直に入射する光線４３はマイクロレンズ３３の表面で屈折し、該マイクロレンズアレイ３０の材料の屈折率をＮとするとき、
Δ ＝θ−ｓｉｎ-1（Ｎ・ｓｉｎθ）
だけ偏向される。ここで、Δは偏向角を表わす。
【００１６】
偏向角Δ (例えば、ｆｅを接眼レンズの焦点距離とするとき、ｔａｎ−１（２／ｆｅ）で表される角度) が大きいと、ファインダー光学系でけられてしまうので、観察者(カメラ使用者)の眼にはその部分が黒い翳りとなって見え、粒状性が目立ったり、何点かの像ムラがマクロ的に繋がってキズや欠陥のように見えたりする。
【００１７】
すなわち、着目するマイクロレンズの中心から隣接するマイクロレンズとの境界までの距離Ｘが大きいほど、該マイクロレンズに入射した光線の偏向角Δが大きくなり、ファインダー光学系によってけられて、観察者の眼に到達しない。
【００１８】
従って、着目するマイクロレンズの中心から該マイクロレンズの境界までの距離Ｘを評価すれば、けられ易さを評価できることになる。
【００１９】
図６において、着目するマイクロレンズをＭ2・4とした場合において、これに隣接するマイクロレンズ Ｍ2・6 、Ｍ2・5、Ｍ2・3、Ｍ2・2 、Ｍ1・3 、Ｍ1・5 との境界の形状は、これらのマイクロレンズが規則的に配置されている場合には正六角形となるが、上記のようにランダム又は不規則的に配置されている場合には変形した六角形となる。
【００２０】
マイクロレンズＭ2・4とＭ2・6 の境界(図の紙面に垂直な方向に曲率を有する曲線)を図の紙面に平行な平面に投影した線分Ｌ2・4−2・6は、マイクロレンズＭ2・4の中心とマイクロレンズＭ2・6の中心とを結ぶ線分Ｍ2・4−2・6の中点を通り、該線分Ｍ2・4−2・6に対して直交する線分であり、マイクロレンズの各点の座標が与えられていれば決まるものである。
【００２１】
変形した六角形の頂点がマイクロレンズＭ2・4の中心からその境界上で最も遠い位置に当たるが、その位置の座標は線分Ｌ2・4−2・6と、マイクロレンズＭ2・4とＭ１・５の境界を図の紙面に平行な平面に投影した線分Ｌ2・4−1・5との交点であり、計算で求められる。
【００２２】
従って、マイクロレンズＭ2・4の中心とその変形六角形の頂点位置との間の距離Ｘが、マイクロレンズの各点の座標が与えられていれば決まり、その部分で翳りが発生するかどうかを評価できることになる。図６においては、マイクロレンズＭ2・4の中心とマイクロレンズＭ2・6 、Ｍ1・5側の頂点との間の距離Ｘが所定の閾値（例えば、仮想格子点のピッチをＰ、マイクロレンズの曲率半径をＲｃとするとき、（０．５＋０．２・（Ｒｃ／４０）４）・Ｐで表される距離)に比べて大きく、ここに翳りが発生しやすいと判断できる。
【実施例１】
【００２３】
図１には、本発明の実施例１であるマイクロレンズアレイの平面図を示している。該マイクロレンズアレイ３は、図６に示したように、規則的に配置された仮想格子点の各格子点(図中に白丸で示す)を中心とする半径ｒ＝０．３Pの範囲において中心位置(図中に黒点で示す)をランダム又は不規則的に決定した変形六角形状を有する複数の第１のマイクロレンズ(第１のレンズ部) Ｍ2・4、Ｍ2・6 、Ｍ2・5、Ｍ2・2 、Ｍ1・3 、Ｍ1・5と、図中に点線で示した変形した五角形状を有する第２のマイクロレンズ(第２のレンズ部) ＭN2・4とを有する。
【００２４】
ここで、各第１のマイクロレンズの中心位置である第１の点は、各仮想格子点に対して一対一の対応関係を有するものである。各第１の点がこのような対応関係を持っているか否かは、該各第１の点を含む半径ｒ＝０．３Pの範囲の中心が各仮想格子点に略一致するか否かを検証することによって判断できる。一方、第２のマイクロレンズの中心位置である第２の点は、そのような仮想格子点との対応関係を持たず、本実施例では、上記半径ｒ＝０．３Pの範囲にも含まれない点である。ただし、第２の点は、仮想格子点との対応関係を持たなければ、半径ｒ＝０．３Pの範囲に含まれてもよい。
【００２５】
ここで、本実施例は、図６にて説明した翳りが発生すると判断された変形六角形のマイクロレンズＭ2・4 におけるマイクロレンズＭ2・6 、Ｍ1・5側の頂点位置に、第２のマイクロレンズＭN2・4を追加したものに相当する。該第２のマイクロレンズＭN2・4を追加したことにより、これがない場合に翳りが発生しやすかった部分が埋められ、該翳りの発生が防止される。
【００２６】
このように、各第１のマイクロレンズの中心とそのマイクロレンズの変形六角形の頂点との間の距離を評価して、翳りが発生しやすい、すなわち該距離が上記閾値より大きいと判断された場合に、該頂点位置に又はその頂点位置を含むように第２のマイクロレンズを追加していけば、マイクロレンズアレイ３の全面で翳りの発生を防止できる。
【００２７】
このように、規則的に配列された仮想格子点を中心として第１のマイクロレンズを１個ずつランダムな位置に配置した構成では、各第１のマイクロレンズに対してデータ上の番号が２次元的に割り振られているため、上記評価のための演算を第１のマイクロレンズごとに順番に行っていけば、第１のマイクロレンズの数が多くてもコンピュータプログラムによる処理が可能である。
【００２８】
図２には、該評価演算を含むの本実施例のマイクロレンズの設計方法(製造方法)の流れを示している。
【００２９】
ステップ(図ではＳと略す)１では、図７に示したような規則的に配置された複数の仮想格子点を設定する。
【００３０】
次に、ステップ２では、各仮想格子点に対して、各仮想格子点を中心とする半径ｒ＝０．３Pの範囲を設定し、マイクロレンズアレイ全体として偏りが少なくなるように、すなわちいわゆる確率分布的に各第１のマイクロレンズの中心位置となる第１の点をランダム又は不規則的に決める。そして、該第１の点を中心とする各第１のマイクロレンズの境界形状(変形した六角形状)を決定する。
【００３１】
次に、ステップ３では、上述したように、各第１のマイクロレンズの中心とそのマイクロレンズの境界上の頂点との距離を算出し、該距離が閾値より大きいか否かを判別(評価)していく。
【００３２】
そして、ステップ４では、上記距離が閾値より大きいと判別された頂点位置を含むように第２のマイクロレンズを追加するための該第２のマイクロレンズの中心位置を決定する。該第２のマイクロレンズの中心位置は、上記距離が閾値より大きいと判別された頂点位置であってもよいし、該頂点位置を基準とした適当な位置であってもよい。
【００３３】
さらに、ステップ５では、以上の計算データに基づいて、各マイクロレンズの形状を転写するための型を製作する。先端が球状のバイトを用いて各マイクロレンズを刻印することによって型を製作する場合には、このデータを使用して２次元的にバイトの位置を制御し、原版の全面に刻印を行うことにより型を容易に製作できるる。また、金属板の上にレジストで多数のピンホールをパターニングにより設け、これをメッキ槽に浸して各ピンホールを中心とした球状のメッキ層を成長させることで型を製作する場合には、各ピンホールを第１および第２のマイクロレンズの中心位置に設けるようにレジスト露光用のマスクを製作すればよい。
【００３４】
こうして型を製作した後、ステップ６では、該型を用いて樹脂にマイクロレンズの形状を転写し、マイクロレンズアレイを製作する。
【実施例２】
【００３５】
図３には、本発明の実施例２であるマイクロレンズアレイ３’の平面図を示している。本実施例では、図６において、着目するマイクロレンズＭ2・4に隣接し、翳りが発生しやすいと判断された変形六角形の頂点に関与する２つのマイクロレンズＭ2・6 、Ｍ1・5 のうち、マイクロレンズＭ2・4との中心間距離がより大きなマイクロレンズＭ2・6の中心とマイクロレンズＭ2・4の中心とを結ぶ線分の中点位置を中心とする第２のマイクロレンズＭM2・4を追加したものに相当する。
【００３６】
なお、本実施例では、第１のマイクロレンズは六角形状を有するのに対して、第２のマイクロレンズは四角形状を有する。
【００３７】
また、実施例１と同様に、第１のマイクロレンズ(第１のレンズ部) Ｍ2・4 、Ｍ2・6 、Ｍ2・5、Ｍ2・2、Ｍ1・3 、Ｍ1・5の中心である第１の点(図中に黒点で示す)は、規則的に配置された各仮想格子点(図中に白丸で示す)に対して一対一の対応関係を有し、かつ該各格子点を中心とする半径ｒ＝０．３Pの範囲においてランダム又は不規則的に決定された点である。一方、第２のマイクロレンズ(第２のレンズ部) ＭM2・4の中心である第２の点(図中に黒点で示す)は該対応関係を有さず、かつ該範囲に含まれない点である。ただし、第２の点は、仮想格子点との対応関係を持たなければ、半径ｒ＝０．３Pの範囲に含まれてもよい。
【００３８】
このように、実施例１にて説明した距離Ｘの評価に代えて、図６に示す状態で隣接する２つの第１のマイクロレンズにおける中心間距離が所定の閾値(例えば、上述した（０．５＋０．２・（Ｒｃ／４０）４）・Ｐで表される距離)より大きいか否かを評価し、該閾値より大きい場合には、それら第１のマイクロレンズの間に第２のマイクロレンズを追加するよう、該中心間の中点位置若しくは該中点位置を基準とした適当な位置に該第２のマイクロレンズの中心を設定してもよい。
【００３９】
本実施例においても、第２のマイクロレンズＭM2・4を追加したことにより、これがない場合に翳りが発生しやすかった頂点部分が埋められ、その部分の翳りの発生を防止できる。そして、このような評価および第２のマイクロレンズの追加をマイクロレンズアレイの全体に対して行うことにより、マイクロレンズアレイの全面で翳りの発生を防止できる。
【００４０】
なお、上記実施例１，２において説明したマイクロレンズアレイを見ると、第２のマイクロレンズを間に挟んだ２つの第１のマイクロレンズ間(例えば、Ｍ2・4−Ｍ2・6 間やＭ2・5−Ｍ1・5  間)の中心間距離が、第２のマイクロレンズを間に挟まずに隣接する２つの第１のマイクロレンズ間(例えば、Ｍ2・4−Ｍ2・２間やＭ１・３−Ｍ2・２ 間)の中心間距離よりも大きいことが分かる。
【実施例３】
【００４１】
図４には、上記各実施例にて説明したマイクロレンズアレイ３（３’）を焦点板(拡散板)として用いた一眼レフデジタルカメラを示している。
【００４２】
交換レンズ１はマウントを介してカメラ本体２に装着可能である。交換レンズ１を透過した光はファインダー観察時には、クイックリターンミラー２１で反射して焦点板３上に結像する。焦点板３にて結像した光は該焦点板３の拡散作用によって広がりながら、ファインダー光学系を構成するペンタダハプリズム２２および接眼レンズ２３を介して観察者の眼Ｅに導かれる。また、撮影時には、クイックリターンミラー２１は撮影光路から退避し、交換レンズ１からの光はローパスフィルタ２４を介してＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の撮像素子２５上に結像し、光電変換される。撮像素子２５からの信号は不図示の信号処理回路によって各種処理が施され、画像信号が生成される。この画像信号は、カメラ本体２に設けられたディスプレイ(図示せず)に表示されたり、半導体メモリ等の記録媒体(図示せず)に記録されたりする。
【００４３】
本実施例によれば、ファインダー観察において、焦点板３の粒状性が目立ったり、翳り等の違和感のある模様が見えたりすることなく、高品位のファインダー像を観察することができる。特に、Ｆナンバーの暗い小口径の交換レンズをカメラ本体に装着したときに目立つことが多い粒状性を少なくすることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、マイクロレンズアレイを焦点板として用いたカメラについて説明したが、本発明は、カメラ以外の光学機器であって、焦点板以外の用途でレンズアレイを用いるものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１であるマイクロレンズアレイの平面図。
【図２】実施例１のマイクロレンズアレイの製造工程を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施例１であるマイクロレンズアレイの平面図。
【図４】本発明の実施例３である一眼レフデジタルカメラの概略図。
【図５】マイクロレンズアレイにおける粒状性の発生原理を示す説明図。
【図６】マイクロレンズアレイにおける翳りの発生場所の評価原理を示す説明図。
【図７】規則的に配置した仮想格子点を示す図。
【図８】不規則的に配置したマイクロレンズ(の中心位置)を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１  交換レンズ
２  カメラ本体
３、３’  マイクロレンズアレイ（焦点板）
２５     ・・・撮像素子
３１、３２、３３、３４、Ｍｎ．ｍ  マイクロレンズ
【図１】
2006189676.tif 000003
【図２】
2006189676.tif 000004
【図３】
2006189676.tif 000005
【図４】
2006189676.tif 000006
【図５】
2006189676.tif 000007
【図６】
2006189676.tif 000008
【図７】
2006189676.tif 000009
【図８】
2006189676.tif 000010